CN101158989A - 发动机曲轴动力学分析方法 - Google Patents

发动机曲轴动力学分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101158989A
CN101158989A CNA2007101660780A CN200710166078A CN101158989A CN 101158989 A CN101158989 A CN 101158989A CN A2007101660780 A CNA2007101660780 A CN A2007101660780A CN 200710166078 A CN200710166078 A CN 200710166078A CN 101158989 A CN101158989 A CN 101158989A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crank
software
finite element
excite
analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007101660780A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100495412C (zh
Inventor
骆富贵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chery Automobile Co Ltd
Original Assignee
Chery Automobile Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chery Automobile Co Ltd filed Critical Chery Automobile Co Ltd
Priority to CNB2007101660780A priority Critical patent/CN100495412C/zh
Publication of CN101158989A publication Critical patent/CN101158989A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100495412C publication Critical patent/CN100495412C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开了一种发动机曲轴动力学分析方法，包括如下步骤：在Hypermesh软件里对曲轴系进行有限元网格划分：曲轴、飞轮、皮带轮、正时齿轮和主轴承座等；使用Nastran软件进行有限元子结构缩减求解；在EXCITE软件中，搭建曲轴系动力学模型，对单元件施加相应的边界条件，进行仿真计算；使用Nastran软件对曲轴进行动应力恢复求解，进行后处理，并对危险点进行疲劳分析；根据结果对曲轴系进行合理的评价，如果结构不合理，还需要进行结构优化。该方法运用EXCITE计算技术对发动机曲轴进行动力学分析，得到发动机曲轴的强度及疲劳参数，进而对发动机的曲轴及相关零部件结构参数进行合理的评价，并据此进行改进。

Description

发动机曲轴动力学分析方法
技术领域
本发明涉及发动机曲轴动力学分析。
背景技术
在发动机概念设计阶段预知发动机曲轴动力学的强度以及疲劳是一件很重要的工作。在概念设计阶段，很多参数都处于未确定的状态，这些参数要根据发动机曲轴动力学等要求而改变。而发动机曲轴强度以及疲劳则是一个主要的考虑因素。其影响的因素之多，很难得到具体的影响因素。假如在生产后进行更改，不仅加长了开发的周期而且也增加了开发的成本。
发明内容
本发明公开了一种发动机曲轴动力学分析方法，具体如下：
在Hypermesh软件里对曲轴系进行有限元网格划分：曲轴、飞轮、皮带轮、正时齿轮和主轴承座等；
使用Nastran软件进行有限元子结构缩减求解；
在EXCITE软件中，搭建曲轴系动力学模型，对单元件施加相应的边界条件，进行仿真计算；
使用Nastran软件对曲轴进行动应力恢复求解，进行后处理，并对危险点进行疲劳分析；
根据结果对曲轴系进行合理的评价，如果结构不合理，还需要进行适当的结构优化。
该方法运用EXCITE软件计算技术对发动机曲轴进行动力学分析，得到发动机曲轴系的结构参数，进而对发动机曲轴系及相关的很多零部件结构参数进行合理的评价，并进行优化计算。实践表明，该方法对于评价和优化发动机曲轴系的零部件结构参数是快速有效的。
附图说明
图1：曲轴系的有限元模型；
图2：简易主轴承壁的FE模型；
图3：压缩前的主自由度节点；
图4：用户界面；
图5：曲轴系的EXCITE仿真模型；
图6：提交任务界面；
图7：曲轴轴承载荷图；
图8：某工况下曲轴系整体受力云图；
图9：主轴颈圆角危险点应力图及危险点应力放大图；
图10：曲柄销上危险点的应力图；
图11：Smith图。
具体实施方式
现结合附图对本申请的分析方法做进一步的说明。
1.网格划分：
1.1曲轴系网格划分
在对曲轴系进行网格划分时，为了保证曲轴系动力学分析的顺利进行并有较高的计算精度，一定要保证在圆角处有足够的网格精度，如图1所示。由于曲轴系的模型较大，计算工况多，所以曲轴系的计算采用子结构分析法，即模态压缩法。
1.2简易主轴承壁有限元模型
简易主轴承壁FE模型采用六面体网格，要求主轴承壁孔的单元层数与曲轴主轴颈上单元层数相同，必须是等分等间距的。如图2所示。
2有限元模型压缩
采用子结构分析法，直接利用3D实体单元FE模型，定义主自由度节点。将FE模型中的所有单元压缩到定义的所有主自由度节点上。利用MSC/PATRAN在主自由度节点处加上一个刚性层RBE2用来分散载荷。如图3示。利用有限元模态分析求解器MSC/NASTRAN将模型压缩至主自由度节点上。
3 EXCITE模型建立
应根据具体问题和所需得到的结果，对分析模型的建模提出要求。
在启动EXCITE之后，插入并定义体单元和连接单元，进行逻辑连接。用户界面见图4。
首先要搭建需要的EXCITE模型，曲轴系的EXCITE模型如图5所示。
4 EXCITE仿真计算
4.1 EXCITE仿真计算提交任务
仿真计算提交任务的过程如图6所示。
4.2轴承负荷计算
利用每个工况下各个主轴承座的受力图，如图7所示。可以列出每个工况下的轴承负荷情况表格，从而确定最大载荷点出现的工况及出现的位置。
5动应力恢复计算
使用EXCITE结构部件的主自由度节点的动力学结果，进行从主自由度释放到原模型自由度的数据恢复计算。通过有限元软件NASTRAN进一步分析动态应力，获得整个模型的动态响应解，进而进行疲劳分析。
由图9可以确定此工况下模型的主轴颈圆角危险点和曲柄销圆角危险点的最大应力值，这两者都应小于曲轴材料本身的极限值，曲轴的强度才能满足要求。
6疲劳分析
如图10为危险点应力曲线图，在指定工况下找到对应曲柄销圆角危险点的位置。
根据AVL的疲劳分析曲线，即Smith曲线图可知此工况下的安全系数。再由AVL针对不同的材料给出的最小安全因子标准来判断安全系数是否合理。
该方法运用EXCITE计算技术对发动机曲轴进行动力学分析，得到发动机曲轴的强度及疲劳参数，进而对发动机的曲轴及相关零部件结构参数进行合理的评价，并据此进行改进。实践表明，该方法对于评价发动机的曲轴结构是极其快速有效的。

Claims (5)

1.一种发动机曲轴动力学分析方法，包括如下步骤：
网格划分步骤：在Hypermesh软件里对曲轴系进行有限元网格划分；
缩减求解步骤：使用Nastran软件进行有限元子结构缩减求解；
仿真计算步骤：在EXCITE软件中，搭建曲轴系动力学模型，对单元件施加相应的边界条件，进行仿真计算；
恢复计算步骤：使用Nastran软件对曲轴进行动应力恢复求解；
疲劳分析步骤：在恢复计算步骤后进行后处理，对危险点进行疲劳分析；
评价步骤：根据结果对曲轴系进行合理的评价，如果结构不合理，还需要进行适当的结构优化。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：有限元的模型包括曲轴、飞轮、皮带轮、正时齿轮和主轴承座等，在对曲轴系进行网格划分时，要保证在圆角处有足够的网格精度。
3.根据权利要求1或2所述的分析方法，其特征在于：曲轴系的计算采用子结构分析法。
4.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于：主轴承壁模型采用六面体网格，要求主轴承壁孔的单元层数与曲轴主轴颈上单元层数相同，必须是等分等间距的。
5.根据权利要求1-4任一项所述的分析方法，其特征在于：在恢复计算步骤中，使用EXCITE结构部件的主自由度节点的动力学结果，进行从主自由度释放到原模型自由度的数据恢复计算。
CNB2007101660780A 2007-11-02 2007-11-02 发动机曲轴动力学分析方法 Active CN100495412C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101660780A CN100495412C (zh) 2007-11-02 2007-11-02 发动机曲轴动力学分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101660780A CN100495412C (zh) 2007-11-02 2007-11-02 发动机曲轴动力学分析方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101158989A true CN101158989A (zh) 2008-04-09
CN100495412C CN100495412C (zh) 2009-06-03

Family

ID=39307091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007101660780A Active CN100495412C (zh) 2007-11-02 2007-11-02 发动机曲轴动力学分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100495412C (zh)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101628340B (zh) * 2009-02-18 2011-01-05 上海理工大学 大型船用曲轴车床主轴箱轴承间距的优化方法
CN102207996A (zh) * 2011-06-02 2011-10-05 奇瑞汽车股份有限公司 一种发动机润滑系统仿真计算方法
CN102760183A (zh) * 2012-06-05 2012-10-31 湖南大学 一种基于双向渐进结构拓扑优化的盘型飞轮优化设计方法
CN103093066A (zh) * 2013-02-23 2013-05-08 盐城工学院 柴油机曲轴三维几何形状建模方法
CN103322018A (zh) * 2012-03-23 2013-09-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于内燃发动机的曲轴
CN103481014A (zh) * 2013-09-17 2014-01-01 奇瑞汽车股份有限公司 发动机曲轴圆角滚压强化方法
CN104102786A (zh) * 2014-07-23 2014-10-15 上汽通用五菱汽车股份有限公司 一种高效快速优化的曲轴三维动力学分析方法
CN104102793A (zh) * 2014-08-04 2014-10-15 安徽江淮汽车股份有限公司 发动机曲轴系统扭振分析方法
CN104102778A (zh) * 2014-07-16 2014-10-15 上汽通用五菱汽车股份有限公司 一种曲轴动力学分析方法
CN104239654A (zh) * 2014-10-13 2014-12-24 中国科学院光电技术研究所 一种有限元仿真分析中的轴承简化方法
CN105069224A (zh) * 2015-08-06 2015-11-18 北汽福田汽车股份有限公司 一种曲轴强度计算方法
CN105740499A (zh) * 2016-01-14 2016-07-06 华南农业大学 山地果园轻简化轮式运输机车架结构设计与优化方法
CN107180127A (zh) * 2017-04-28 2017-09-19 北京汽车股份有限公司 汽车传动系统的模拟方法及装置
CN107679347A (zh) * 2017-10-30 2018-02-09 山东云内动力有限责任公司 一种基于有限元的曲轴应力分析方法
CN108228936A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 华晨汽车集团控股有限公司 一种汽车发动机连杆动力学分析方法
CN112668217A (zh) * 2020-12-17 2021-04-16 东风汽车集团有限公司 基于设计型线的主轴承液体动力润滑的分析方法及装置
CN113919092A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 湖南道依茨动力有限公司 曲轴耐久疲劳分析方法、装置和可读存储介质
CN116341136A (zh) * 2023-03-21 2023-06-27 中国农业大学 一种发动机曲轴优化设计方法

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101628340B (zh) * 2009-02-18 2011-01-05 上海理工大学 大型船用曲轴车床主轴箱轴承间距的优化方法
CN102207996A (zh) * 2011-06-02 2011-10-05 奇瑞汽车股份有限公司 一种发动机润滑系统仿真计算方法
CN102207996B (zh) * 2011-06-02 2013-10-16 奇瑞汽车股份有限公司 一种发动机润滑系统仿真计算方法
CN103322018A (zh) * 2012-03-23 2013-09-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于内燃发动机的曲轴
CN103322018B (zh) * 2012-03-23 2016-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于内燃发动机的曲轴
CN102760183A (zh) * 2012-06-05 2012-10-31 湖南大学 一种基于双向渐进结构拓扑优化的盘型飞轮优化设计方法
CN103093066A (zh) * 2013-02-23 2013-05-08 盐城工学院 柴油机曲轴三维几何形状建模方法
CN103481014B (zh) * 2013-09-17 2016-06-01 奇瑞汽车股份有限公司 发动机曲轴圆角滚压强化方法
CN103481014A (zh) * 2013-09-17 2014-01-01 奇瑞汽车股份有限公司 发动机曲轴圆角滚压强化方法
CN104102778A (zh) * 2014-07-16 2014-10-15 上汽通用五菱汽车股份有限公司 一种曲轴动力学分析方法
CN104102778B (zh) * 2014-07-16 2018-07-31 上汽通用五菱汽车股份有限公司 一种曲轴动力学分析方法
CN104102786A (zh) * 2014-07-23 2014-10-15 上汽通用五菱汽车股份有限公司 一种高效快速优化的曲轴三维动力学分析方法
CN104102793A (zh) * 2014-08-04 2014-10-15 安徽江淮汽车股份有限公司 发动机曲轴系统扭振分析方法
CN104239654B (zh) * 2014-10-13 2017-09-26 中国科学院光电技术研究所 一种有限元仿真分析中的轴承简化方法
CN104239654A (zh) * 2014-10-13 2014-12-24 中国科学院光电技术研究所 一种有限元仿真分析中的轴承简化方法
CN105069224A (zh) * 2015-08-06 2015-11-18 北汽福田汽车股份有限公司 一种曲轴强度计算方法
CN105740499A (zh) * 2016-01-14 2016-07-06 华南农业大学 山地果园轻简化轮式运输机车架结构设计与优化方法
CN105740499B (zh) * 2016-01-14 2018-10-16 华南农业大学 山地果园轻简化轮式运输机车架结构设计与优化方法
CN108228936A (zh) * 2016-12-21 2018-06-29 华晨汽车集团控股有限公司 一种汽车发动机连杆动力学分析方法
CN107180127A (zh) * 2017-04-28 2017-09-19 北京汽车股份有限公司 汽车传动系统的模拟方法及装置
CN107679347A (zh) * 2017-10-30 2018-02-09 山东云内动力有限责任公司 一种基于有限元的曲轴应力分析方法
CN112668217A (zh) * 2020-12-17 2021-04-16 东风汽车集团有限公司 基于设计型线的主轴承液体动力润滑的分析方法及装置
CN112668217B (zh) * 2020-12-17 2022-09-13 东风汽车集团有限公司 基于设计型线的主轴承液体动力润滑的分析方法及装置
CN113919092A (zh) * 2021-09-29 2022-01-11 湖南道依茨动力有限公司 曲轴耐久疲劳分析方法、装置和可读存储介质
CN116341136A (zh) * 2023-03-21 2023-06-27 中国农业大学 一种发动机曲轴优化设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100495412C (zh) 2009-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100495412C (zh) 发动机曲轴动力学分析方法
CN109063389A (zh) 一种基于多性能约束的汽车结构轻量化正向设计方法及系统
CN102012958A (zh) 一种用于车身结构布置的设计方法
CN105138796A (zh) 一种用于整车振动噪声仿真的模态轮胎建模方法
CN104462725B (zh) 一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法
Roy Design Analysis and optimization of various parameters of connecting rod using CAE softwares
CN103177165A (zh) 客车车身结构设计系统、客车侧翻仿真测试系统及方法
CN109684663A (zh) 铁路货车车体焊缝疲劳寿命的评估方法及装置、系统
Riesner et al. Finite element analysis and structural optimization of vehicle wheels
CN104679930A (zh) 一种整车道路载荷提取方法及装置
CN103366056A (zh) 基于有限元分析的机械零件圆柱度误差的测量方法
CN109063409A (zh) 一种车辆的轻量化设计方法及设备
Calì et al. Application of an effective SIMP method with filtering for topology optimization of motorcycle tubular frame
CN104102786A (zh) 一种高效快速优化的曲轴三维动力学分析方法
CN106682353A (zh) 一种机车多体结构动力学模型修正方法
Koumartzakis et al. Design and development of a prototype electric vehicle’s chassis
CN109657312A (zh) 基于注塑残余应力的复合材料车轮优化方法及装置
CN106250602B (zh) 一种发动机油底壳nvh的结构优化方法
Łukaszewicz Testing virtual prototype of a new product in two simulation environments
Morales et al. Optimization methods applied to development of vehicle structures
Sweafford et al. Co-simulation of multiple software packages for model based control development and full vehicle system evaluation
Reddy et al. Analysis of light motor vehicle component using topology optimization method
Schramm Designing with Structural Optimization-A Practical Point of View
CN106991234A (zh) 农用运输车车身壳体结构设计与优化方法
Yuan et al. Numerical simulation of aluminum alloy wheel 13° impact test based on Abaqus

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant